Compiti inventivi. Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura

>>Fisica: Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura. Bollente

Il liquido non solo evapora. Ad una certa temperatura bolle.
Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura. Lo stato del vapore saturo, come insegna l'esperienza (ne abbiamo parlato nel paragrafo precedente), è approssimativamente descritto dall'equazione di stato di un gas ideale (10.4), e la sua pressione è determinata dalla formula

All’aumentare della temperatura, aumenta la pressione. Perché La pressione del vapore saturo non dipende dal volume, quindi dipende solo dalla temperatura.
Dipendenza, però r np da T, riscontrato sperimentalmente, non è direttamente proporzionale, come quello di un gas ideale a volume costante. All’aumentare della temperatura, la pressione del vapore saturo reale aumenta più velocemente della pressione di un gas ideale ( Fig.11.1, parte della curva AB). Ciò diventa evidente se disegniamo le isocore di un gas ideale attraverso i punti UN E IN(linee tratteggiate). Perché sta succedendo?

Quando un liquido viene riscaldato in un contenitore chiuso, parte del liquido si trasforma in vapore. Di conseguenza, secondo la formula (11.1) la pressione del vapore saturo aumenta non solo a causa dell'aumento della temperatura del liquido, ma anche a causa dell'aumento della concentrazione delle molecole (densità) del vapore. In sostanza l'aumento della pressione all'aumentare della temperatura è determinato proprio dall'aumento della concentrazione. La differenza principale nel comportamento di un gas ideale e del vapore saturo è che quando cambia la temperatura del vapore in un recipiente chiuso (o quando cambia il volume a temperatura costante), cambia la massa del vapore. Il liquido si trasforma parzialmente in vapore o, al contrario, il vapore condensa parzialmente. Niente di simile accade con un gas ideale.
Quando tutto il liquido sarà evaporato, il vapore cesserà di essere saturo dopo un ulteriore riscaldamento e la sua pressione a volume costante aumenterà in modo direttamente proporzionale alla temperatura assoluta (vedi. Fig.11.1, parte della curva Sole).
. All'aumentare della temperatura del liquido, aumenta la velocità di evaporazione. Alla fine il liquido comincia a bollire. Durante l'ebollizione si formano bolle di vapore in rapida crescita in tutto il volume del liquido, che galleggiano in superficie. Il punto di ebollizione del liquido rimane costante. Ciò accade perché tutta l'energia fornita al liquido viene spesa convertendolo in vapore. In quali condizioni inizia l'ebollizione?
Un liquido contiene sempre gas disciolti, rilasciati sul fondo e sulle pareti del recipiente, nonché sulle particelle di polvere sospese nel liquido, che sono centri di vaporizzazione. I vapori liquidi all'interno delle bolle sono saturi. All’aumentare della temperatura, la pressione del vapore saturo aumenta e le bolle aumentano di dimensione. Sotto l'influenza della forza di galleggiamento galleggiano verso l'alto. Se gli strati superiori del liquido hanno una temperatura inferiore, in questi strati si verifica la condensazione del vapore sotto forma di bolle. La pressione scende rapidamente e le bolle collassano. Il collasso avviene così rapidamente che le pareti della bolla entrano in collisione e producono qualcosa di simile a un'esplosione. Molte di queste microesplosioni creano un rumore caratteristico. Quando il liquido si sarà riscaldato abbastanza, le bolle smetteranno di collassare e galleggeranno in superficie. Il liquido bollirà. Osserva attentamente il bollitore sul fornello. Scoprirai che smetterà quasi di fare rumore prima di bollire.
La dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura spiega perché il punto di ebollizione di un liquido dipende dalla pressione sulla sua superficie. Una bolla di vapore può crescere quando la pressione del vapore saturo al suo interno supera leggermente la pressione nel liquido, che è la somma della pressione dell'aria sulla superficie del liquido (pressione esterna) e della pressione idrostatica della colonna di liquido.
Prestiamo attenzione al fatto che l'evaporazione di un liquido avviene a temperature inferiori al punto di ebollizione e solo dalla superficie del liquido; durante l'ebollizione, la formazione di vapore avviene in tutto il volume del liquido.
L'ebollizione inizia alla temperatura alla quale la pressione del vapore saturo nelle bolle è uguale alla pressione del liquido.
Maggiore è la pressione esterna, maggiore è il punto di ebollizione. Pertanto, in una caldaia a vapore ad una pressione che raggiunge 1,6 · 10 · 6 Pa, l'acqua non bolle nemmeno a una temperatura di 200 ° C. Nelle istituzioni mediche in recipienti ermeticamente chiusi - autoclavi ( Fig.11.2) L'ebollizione dell'acqua avviene anche a pressione elevata. Pertanto il punto di ebollizione del liquido è molto superiore a 100°C. Le autoclavi vengono utilizzate per sterilizzare strumenti chirurgici, ecc.

E viceversa, riducendo la pressione esterna, abbassiamo così il punto di ebollizione. Pompando aria e vapore acqueo dal pallone, è possibile far bollire l'acqua a temperatura ambiente ( Fig.11.3). Man mano che si scalano le montagne, la pressione atmosferica diminuisce, quindi il punto di ebollizione diminuisce. Ad un'altitudine di 7134 m (Picco Lenin nel Pamir) la pressione è di circa 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Lì l'acqua bolle a circa 70°C. È impossibile cuocere la carne in queste condizioni.

Ogni liquido ha il proprio punto di ebollizione, che dipende dalla pressione del vapore saturo. Maggiore è la pressione del vapore saturo, minore è il punto di ebollizione del liquido, poiché a temperature più basse la pressione del vapore saturo diventa uguale alla pressione atmosferica. Ad esempio, ad un punto di ebollizione di 100°C, la pressione del vapore saturo dell'acqua è di 101.325 Pa (760 mm Hg) e la pressione del vapore di mercurio è di soli 117 Pa (0,88 mm Hg). Il mercurio bolle ad una temperatura di 357°C a pressione normale.
Un liquido bolle quando la sua pressione di vapore saturo diventa uguale alla pressione all'interno del liquido.

???
1. Perché il punto di ebollizione aumenta all'aumentare della pressione?
2. Perché è importante che l'ebollizione aumenti la pressione del vapore saturo nelle bolle e non la pressione dell'aria al loro interno?
3. Come far bollire un liquido mentre si raffredda il recipiente? (Questa domanda non è facile.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fisica 10a elementare

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Se hai correzioni o suggerimenti per questa lezione,

Senza alcun dubbio, la fisica è una delle scienze più interessanti. Anche gli esperimenti più inutili possono rivelarsi allo stesso tempo piuttosto entusiasmanti. Ad esempio, l'ebollizione di un liquido quando viene raffreddato da un lato sembra incredibile. Dopotutto, in ordine liquido Una volta che bolle, deve essere riscaldato, ma non raffreddato, come pensavamo. Ma tutto è possibile. Per un simile esperimento non hai bisogno di niente di speciale liquido, andrà bene l'acqua normale, devi solo creare condizioni speciali.

Avrai bisogno

  • Boccetta, acqua, fornello a gas, treppiede.

Istruzioni

Versare la normale acqua del rubinetto nel pallone e riempirlo fino a circa la metà del livello. Successivamente, posiziona la fiaschetta su un fornello a gas e scalda l'acqua finché non bolle.

Quando l'acqua nel pallone bolle, spegni il fuoco e attendi che il bollore smetta. Chiudete bene la beuta con un tappo di gomma e fissatela nel supporto del treppiede, capovolgendola.

Successivamente, inizia a versare acqua fredda sul fondo del pallone. Meglio rinfrescarsi nave, più vivida sarà l'esperienza. Le bolle saliranno sulla superficie dell'acqua e l'acqua nella beuta bollirà mentre si raffredda. Ciò può essere spiegato dal fatto che il vapore acqueo si trova all'interno nave e raffreddandosi cominciano a condensarsi sulle pareti del pallone. Per questo motivo, la pressione del vapore acqueo all'interno del pallone inizia a diminuire. A pressione ridotta, l'acqua inizia a bollire non a cento gradi Celsius, ma a una temperatura più bassa. Poiché l'acqua non si è ancora completamente raffreddata e la pressione lo è nave e cadde, motivo per cui durante il raffreddamento si verifica l'ebollizione.

Nota

Per questo esperimento è meglio usare una beuta di vetro resistente al calore. Quando si raffredda un recipiente caldo con acqua fredda, il vetro normale potrebbe rompersi a causa di un brusco cambiamento di temperatura e l'esperimento non avrà luogo.

Per la maggior parte dei bambini a scuola, le lezioni di fisica non sono di particolare interesse: la parola “fisica” è associata a problemi e formule complesse. E le conoscenze acquisite in classe sono piuttosto difficili da applicare nella pratica, e questo dà origine a un malinteso sul significato dello studio della materia. Come soluzione a questo problema, nonché allo scopo di sviluppare il pensiero logico e l'analisi, possiamo proporre una serie di "compiti inventivi". Di solito li davamo o alla fine della lezione, o nei “ristanti cinque minuti”, o come compiti a casa. Ad esempio, nei restanti 5-7 minuti di una lezione in terza media, puoi risolvere uno o due problemi.

Poiché tutto il lavoro deve avere un significato, l'interesse dei bambini può essere stimolato dalla valutazione. Se il problema è stato assegnato a casa, allora per cinque diverse soluzioni del problema - un punteggio di “5”, per ogni due soluzioni aggiuntive – un altro punteggio di “5”. Se il compito veniva assegnato in classe, venivano valutati gli studenti più attivi.

– Coprire il contenitore con un coperchio 2 . Aumentando così la pressione e quindi il punto di ebollizione dell'acqua al suo interno.

– Salare l'acqua nel recipiente 2 – aumenterà anche il punto di ebollizione.

– Far bollire l'acqua in un recipiente 2 più volte, lasciandolo raffreddare tra una ebollizione e l'altra. In questo modo elimineremo dall'acqua le impurità (precipiteranno), e quindi i centri di vaporizzazione, e quindi aumenteremo il punto di ebollizione dell'acqua.

– Posizionare sul fondo del recipiente 2 generatore di ultrasuoni.

– Immergere nell’acqua un’asta di rame in modo che poggi sul fondo di entrambi i recipienti. In questo caso, otteniamo un conduttore di calore.

– Attendere che l'acqua sia nel contenitore 2 bollirà via.

– Versare in un contenitore 2 liquido bollente a temperature superiori a 100 °C.

– Riscaldare il magnete. Pertanto, orientiamo male i domini nel magnete.

- Riscaldare l'unghia. Pertanto, disorienteremo i domini in
chiodo.

– Utilizzare una leva in legno o metallo non magnetico.

– Avvolgere il filo attorno al chiodo e far passare la corrente. Trasformando così il chiodo in un magnete della stessa polarità delle estremità del ferro di cavallo.

- Tirare bruscamente il chiodo.

– Posizionare l'asta di ferro sopra il chiodo. Pertanto, "cortocircuiteremo" le linee di induzione magnetica e indeboliremo il campo magnetico alle estremità del magnete.

– Tocca il magnete. La deformazione porterà all'interruzione dell'orientamento ordinato dei domini nel magnete.

– Pompare l'aria nel pallone. Come sai, un arco è facile da rompere se premi dall'interno.

– Posizionare l’intero sistema sotto la campana, tappando il tubo, e pompare l’aria dalla campana. Pertanto, creeremo una pressione eccessiva nel pallone e scoppierà, come nel caso precedente.

– Versare l’acqua nel pallone e congelare. La fiaschetta scoppierà perché L'acqua si espande quando viene raffreddata.

– Riscaldare la muffola in modo non uniforme. Raffreddare metà della fiaschetta e scaldare l'altra metà. Il bulbo si spezzerà a causa della differenza di dilatazione termica.

– Dirigere un'onda sonora verso la beuta. Il suono farà vibrare le pareti della fiaschetta e, in caso di risonanza, la fiaschetta scoppierà.

– Metti qualche altro mattone sopra.

- Colpisci il mattone.

– Attendere finché l'acqua non evapora.

– Riscaldare la tazza per accelerare l’evaporazione.

– Immergere un cucchiaio in una tazza e congelare. Quindi prendi il cucchiaio insieme al ghiaccio.

Nota. Immediatamente dopo il congelamento, è impossibile prendere un cucchiaio, quindi i bordi della tazza dovranno essere leggermente riscaldati.

- Mettete una spugna nel bicchiere.

– Metti una cannuccia da cocktail nella tazza e aspira l'acqua.

– Posiziona l'estremità di un lungo tubo di gomma nella tazza, abbassa l'altra estremità sotto il livello della superficie del liquido e aspira l'aria dal tubo: l'acqua uscirà.

– Posizionare un tubo nella tazza, l'altra estremità del quale è posta in un recipiente a bassa pressione. La pressione atmosferica spingerà l'acqua in un altro contenitore.

– Spostare i bicchieri l'uno rispetto all'altro, ruotandoli l'uno rispetto all'altro.

- Aspetta un attimo. Il sistema non è completamente sigillato e l'aria penetra ancora attraverso la guarnizione.

– Alzare la temperatura dei bicchieri, ad esempio versandovi sopra dell'acqua bollente. La pressione del gas nei bicchieri aumenterà.

– Posizionare il sistema sotto la campana ed evacuare l'aria. La pressione all'interno degli occhiali sarà maggiore che all'esterno.

  • Come dividere un cubetto di ghiaccio in due parti uguali?

- Segare.

– Macinare in briciole e dividere.

– Tagliare con un coltello caldo.

- Scaldatene metà.

– Sciogliere il cubo, dividere l’acqua a metà, congelare le metà risultanti.

- Metti un supporto.

– Inchiodare le gambe al pavimento.

– Selezionare sperimentalmente l'angolo di inclinazione in modo da stabilire l'equilibrio. Taglia le gambe della sedia con questa angolazione per aumentare l'area di supporto.

– Tagliare le rientranze nel pavimento obliquamente e inserirvi le gambe della sedia.

- Incolla la sedia.

  • Come far oscillare un tappetino matematico su un solo piano?

– Far ruotare il carico attorno al proprio asse. Di conseguenza, otterremo un giroscopio e, come è noto, il piano di rotazione del giroscopio non cambia la sua posizione nello spazio.

– Fai oscillare un peso di ferro in un campo magnetico.

– Costruisci una struttura guida (due piastre).

– Fai oscillare un peso metallico in un campo elettrico statico (ad esempio tra due sfere cariche).

– Ottimizzazione all'avvio.

  • Come raffreddare l'acqua in bottiglia?

– Metti la bottiglia nel frigorifero.

- Mettilo sotto ghiaccio.

– Avvolgere la bottiglia in un panno umido e posizionarla nel flusso d'aria. Man mano che l'acqua evapora dalla superficie dello straccio, quest'ultimo si raffredderà, sottraendo calore alla bottiglia d'acqua.

– Avvolgere la bottiglia in uno straccio umido, posizionarla sotto la campana e pompare l'aria. Abbasseremo così la pressione, accelerando quindi l'evaporazione.

– Metti la bottiglia in un contenitore con acqua più fredda, come il ghiaccio.

– Chimicamente fresco.

  • Come collegare due piastre metalliche?

– Utilizzare un bullone e un dado.

– Utilizzare rivetti.

- Incollalo insieme.

- Saldatura.

- Bollire. (Non tutti i metalli possono essere saldati. – Ed.)

– Utilizzare la saldatura a punti elettrica.

– Pulire e carteggiare entrambe le superfici da unire e pressarle saldamente. (Ecco come viene eseguita la saldatura a freddo nello spazio. – Ed.)

  • Come riscaldare una palla di metallo?

- Mettilo nel forno.

- Colpo.

- Strofinare a lungo.

– Deformarsi.

– Passare corrente elettrica.

  • Come accelerare l'asciugatura di uno straccio umido?

– Appendere ad una corda in una stanza asciutta e calda.

- Espandilo il più possibile.

– Posizionare in un flusso di aria secca.

– Posizionare tra stracci asciutti (giornali) e cambiarli periodicamente.

– Cospargere uno straccio con sabbia asciutta (segatura), scuoterlo periodicamente e cospargerlo nuovamente con una nuova porzione di sabbia. La sabbia assorbe l'umidità.

– Posizionarlo vicino a una potente fonte di radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza. Come risultato dell'azione delle correnti di Foucault, il liquido si riscalderà.

  • Come rimuovere la pietra in eccesso?

– Eliminare la scheggiatura utilizzando scalpello e martello.

- Cancellare.

– Riscaldare la pietra e raffreddarla bruscamente. A causa di un forte cambiamento di temperatura dovuto all'espansione termica, la pietra si spezzerà.

– Raffreddare e riscaldare rapidamente.

- Segato.

- Sciolto.

  • Come riempire un secchio più velocemente sotto la pioggia?

– Posizionare un secchio sotto lo scarico vicino al tetto della casa. Lì l'acqua si raccoglie da un'ampia superficie del tetto.

– Posizionare l'imbuto sopra il secchio.

– Metti un pezzo di tessuto in un secchio con un'estremità e appendi l'altra estremità. L'acqua scorrerà dal tessuto nel secchio (l'area di raccolta dell'acqua aumenterà).

– Posizionare il secchio con un angolo di 45° rispetto alla direzione di caduta delle gocce. (Sarà peggio. – Ed.)

– Posiziona diverse cariche con lo stesso nome al centro del secchio. Di conseguenza, la traiettoria delle goccioline cambierà.

  • Come aumentare il livello dell'acqua nel gomito di un tubo a forma di U rispetto all'altro?

– Pompare l'aria da un gomito e chiudere questo gomito con un tappo.

– Gonfiare aria in un gomito e chiudere questo gomito con un tappo.

– Versare un liquido più leggero (ad esempio cherosene) in un gomito.

– Posizionare un divisorio (pistone) tra le ginocchia e spostarlo, ad esempio, su un filo.

– Utilizzare il fenomeno dell'osmosi.

  • Come far sì che un'auto che rotola lungo un dosso percorra una distanza maggiore per inerzia?

- Spingere.

- Carica la macchina.

– Lubrificare le rotaie con olio riducendo così il coefficiente di attrito.

– Raffreddare le rotaie. Nell'atmosfera è sempre presente vapore acqueo; sui binari raffreddati apparirà della condensa, che ridurrà l'attrito.

  • Come garantire la presenza di molecole d'acqua ad un'altezza di 1 cm sopra la superficie dell'acqua in una nave?

– Metti lo stoppino nell'acqua. Le molecole d'acqua saliranno attraverso i capillari.

– Getta il ghiaccio nell'acqua: galleggia nell'acqua, quindi puoi raccoglierne un pezzo che si solleverà 1 cm sopra la superficie, e anche il ghiaccio è acqua.

- Abbassare la spugna. L'acqua, come nel caso dello stoppino, salirà.

- Scaldare l'acqua.

- Niente da fare. L'acqua evapora a qualsiasi temperatura, quindi sopra la superficie, a qualsiasi o quasi qualsiasi altezza, c'è almeno una molecola di H 2 O.

  • Come illuminare un piccolo spazio?

– Accendere un fiammifero (candela, torcia).

- Illuminalo con una torcia.

– Accendere la scarica elettrica.

– Eccitare la luminescenza.

– Eccita il bagliore Cherenkov (bagliore dell’acqua quando le particelle lo attraversano ad una velocità superiore alla velocità della luce nell’acqua).

  • Come accelerare l'ebollizione del liquido in un bollitore?

– Aumentare la potenza del riscaldatore.

– Versare nel bollitore non acqua, ma un liquido più facilmente bollente (ad esempio acetone).

– Isolare il bollitore, ad esempio, avvolgendolo in un panno spesso e una coperta di cotone.

– Posizionare il bollitore in una zona a bassa pressione.

– Battere costantemente sul bollitore, mescolando così l'acqua.

  • Come fermare il movimento di un orologio a molla senza danneggiarne la scocca esterna?

– Non toccare l'orologio per molto tempo: si fermerà da solo.

- Scuotilo forte, lascialo cadere, colpiscilo.

– Immergere nel liquido e congelare.

– Mettere in azoto liquido.

– Posizionare in un campo magnetico alternato.

- Riscaldalo.

  • Come aumentare lo scivolamento degli scarponi sul ghiaccio?

Opzioni di risposta

– Cancellare completamente il battistrada sulla suola.

– Rendere il ghiaccio uniforme e liscio.

– Bagnare la superficie del ghiaccio.

– Versare l'olio sul ghiaccio.

– Attacca le guide agli stivali (per creare i pattini).

________________________

Studente del 4° anno della Vyat GSU, ha fornito questo materiale nel 2005 durante le lezioni e le attività extrascolastiche, mentre faceva pratica di insegnamento presso la scuola n. 5 (Slobodskoy, regione di Kirov, capo - Insegnante onorato della Federazione Russa Victor Ivanovich Elkin [e-mail protetta]). Agli studenti sono piaciuti molto i problemi e li hanno risolti con piacere.

Senza alcun dubbio, la fisica è una delle scienze più interessanti. Anche gli esperimenti più inutili possono rivelarsi allo stesso tempo piuttosto entusiasmanti. Ad esempio, l'ebollizione di un liquido quando viene raffreddato da un lato sembra incredibile. Dopotutto, in ordine liquido Una volta che bolle, deve essere riscaldato, ma non raffreddato, come pensavamo. Ma tutto è possibile. Per un simile esperimento non hai bisogno di niente di speciale liquido, andrà bene l'acqua normale, devi solo creare condizioni speciali.

Avrai bisogno

  • Boccetta, acqua, fornello a gas, treppiede.

Istruzioni

Versare la normale acqua del rubinetto nel pallone e riempirlo fino a circa la metà del livello. Successivamente, posiziona la fiaschetta su un fornello a gas e scalda l'acqua finché non bolle.

Quando l'acqua nel pallone bolle, spegni il fuoco e attendi che il bollore smetta. Chiudete bene la beuta con un tappo di gomma e fissatela nel supporto del treppiede, capovolgendola.

Successivamente, inizia a versare acqua fredda sul fondo del pallone. Meglio rinfrescarsi nave, più vivida sarà l'esperienza. Le bolle saliranno sulla superficie dell'acqua e l'acqua nella beuta bollirà mentre si raffredda. Ciò può essere spiegato dal fatto che il vapore acqueo si trova all'interno nave e raffreddandosi cominciano a condensarsi sulle pareti del pallone. Per questo motivo, la pressione del vapore acqueo all'interno del pallone inizia a diminuire. A pressione ridotta, l'acqua inizia a bollire non a cento gradi Celsius, ma a una temperatura più bassa. Poiché l'acqua non si è ancora completamente raffreddata e la pressione lo è nave e cadde, motivo per cui durante il raffreddamento si verifica l'ebollizione.

Nota

Per questo esperimento è meglio usare una beuta di vetro resistente al calore. Quando si raffredda un recipiente caldo con acqua fredda, il vetro normale potrebbe rompersi a causa di un brusco cambiamento di temperatura e l'esperimento non avrà luogo.


Attenzione, solo OGGI!

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